Schadelijkheid stoffen voorspellen zonder dierproeven

Niercellen in 3D Een van de doelstellingen binnen het NTC is om in vitro modellen te ontwikkelen met een betere voorspellende waarde voor de situatie in vivo, c.q. in de mens. Het probleem: cellen worden standaard tweedimensionaal gekweekt, terwijl een cel in zijn normale context driedimensionaal is. Prof.dr. Bob van de Water, hoogleraar drug safety sciences: 'Voorspellen van 2D naar in vivo blijkt lastig. Binnen het NTC zullen we met name kijken naar het gebruik van 3D-modellen van nier- en levercellen als beter in vitro model.' In deze modellen gaat hij onderzoeken welke genen betrokken zijn bij de respons van de cel op niertoxische stoffen, en of deze respons overeenkomt met de in vivo situatie. Ook wil hij weten welke functie deze genen hebben in het mechanisme van toxiciteit, en welke genen betrokken zijn bij een verstoorde ontwikkeling van de 3D-structuren na blootstelling aan giftige stoffen. Uiteindelijk moet dit leiden tot 3D in vitro 'verklikker'- modellen waarmee toxiciteit in de mens beter voorspeld kan worden. Lees meer

Landelijk Toxicogenomics centrum krijgt 25 miljoen

Chemicaliën kunnen schade toebrengen aan de mens.  Leidse onderzoekers zijn partner in het Netherlands Toxiconomics Center. Dit kreeg 25 miljoen om de routes in de cel naar toxiciteit beter te begrijpen: van gen naar eiwit, van eiwit naar cel en van cellen naar weefsels en organen.

--------
Het NTC gaat nieuwe technieken ontwikkelen en valideren waarmee de veiligheid van chemische stoffen kan worden vastgesteld en voorspeld. Groot voordeel van de nieuwe technieken is dat dierproeven voor het merendeel niet meer nodig zullen zijn in het onderzoek naar giftige stoffen voor de mens.

Systems Toxicology
Het NTC krijgt 25 miljoen van de overheid met de opdracht over 5 jaar resultaten te laten zien. Het samenwerkingsverband heeft de ambitie wereldwijd een leidend expertisecentrum te worden op het gebied van de zogenoemde Systems Toxicology.

6 miljoen voor Leids onderzoek
De Leidse onderzoeksleiders zijn prof.dr. Bob van de Water, hoogleraar drug safety sciences in het LACDR en prof.dr. Leon Mullenders, hoogleraar toxicogenetica in het LUMC.

Leon Mullenders: 'We hebben met het NTC 5 jaar om de hoge verwachtingen van de nieuwe technologie waar te maken. Er is in Nederland genoeg kennis, de meerwaarde ligt in de synergie.'

In Leiden zal in totaal meer dan 6 miljoen kunnen worden geïnvesteerd in personeel en infrastructuur. In het Leidse onderzoek naar toxiciteit ligt het accent op kankerverwekkende stoffen, op stoffen die organen als de lever en de nieren aantasten, en op de zogenoemde reprotoxiciteit: de gevaren voor embryo en nageslacht.

Dierproeven
Sommige chemicaliën die ontwikkeld worden binnen de farmaceutische, chemische, cosmetische en voedingsmiddelenindustrie kunnen als bijwerking kanker veroorzaken. Stoffen brengen bijvoorbeeld directe schade aan in het DNA, of tasten lever of nieren aan. Weer andere bijwerkingen zijn het verstoren van het immuunsysteem of het beïnvloeden van de ontwikkeling van het ongeboren kind. Bestaande methoden om de toxiciteit van al deze stoffen vast te stellen zijn beperkt, en bovendien bijna volledig afhankelijk van dierproeven.

Schadelijkheid voorspellen
Het minimaliseren van dierproeven is een belangrijk aspect van het NTC-onderzoek. Maar dit is niet het enige doel van de nieuw te ontwikkelen technologie. Uiteindelijk moet het onderzoek gevalideerde en bruikbare modellen opleveren om de schadelijkheid van verschillende klassen van stoffen op voor ieder mens op maat te voorspellen.

Genexpressie
In de wetenschap die de veiligheid van stoffen bestudeert, gaan de ontwikkelingen razend snel. Door de ontrafeling van het menselijk genoom is het nu mogelijk genoombreed onderzoek te doen naar veranderingen in genexpressie onder invloed van chemische stoffen.

Van genexpressie tot eiwitmodificatie Een belangrijk speerpunt binnen het NTC is het onderzoek naar de expressie en modificatie van eiwitten. Het is de bedoeling dat dit voorspellende biomarkers oplevert voor toxiciteit. In recent onderzoek hebben Mullenders en Van de Water de veranderingen in genexpressie in embryonale muizenstamcellen bepaald, veroorzaakt door een groot aantal chemische stoffen. Zo ontdekten ze genen die specifiek reageerden op één soort chemische stof, maar ook genen die na blootstelling aan allerlei soorten toxische stoffen aangeschakeld werden. Veranderingen in genexpressie worden geëffectueerd op het niveau van eiwitten. Prof.dr. Leon Mullenders: 'Het zijn uiteindelijk de eiwitten die bepalen wat een cel gaat doen bij beschadiging.' Bij beschadiging van cellen worden enzymen actief die eiwitten kunnen 'labelen', bijvoorbeeld met een fosfaatgroep. Dit bepaalt of een eiwit actief wordt of niet. De analyse van expressie en modificatie van eiwitten is daarom essentieel om te begrijpen hoe cellen omgaan met schade. Lees meer

Alle '-omics' inzetten
Maar de partners in het NTC gaan nog geavanceerder technieken gebruiken om te achterhalen wat er vervolgens in het lichaam precies gebeurt. Deze systems-aanpak speelt zich voornamelijk af in vitro en in de computer. De onderzoekers gaan alle
-omics (transcriptomics, proteomics, metabolomics en functional genomics) inzetten, evenals high throughput microscopie technieken om die -omics te koppelen aan de celbiologie. De bioinformatica gaat een essentiële rol spelen bij het interpreteren van de data en het ontwikkelen van modellen om risico's te voorspellen.

Routes begrijpen
Bob van de Water: 'We kunnen nu al detecteren of de activiteit van specifieke genen omlaag gaat na blootstelling aan een chemische stof. Zulke veranderingen in genexpressie kunnen voorspellend zijn voor toxiciteit. Maar wat we ook willen weten is wat die genexpressie voor de cel betekent. We willen de routes die tot toxiciteit leiden, beter begrijpen. Van gen naar eiwit, van eiwit naar cel, en van cel naar de communicatie tussen cellen in weefsels en organen. Zo kunnen we uiteindelijk de mechanismen van toxiciteit beter begrijpen en de vertaalslag verbeteren van de in vitro-bevindingen naar risicoschatting voor de mens.

Europese regelgeving
De industriële partners in het NTC matchen de 25 miljoen die het NTC van de overheid krijgt. De belangstelling van de industrie is groot. Er doen in totaal 16 Nederlandse bedrijven mee binnen het NTC programma. Vanwege de behoefte aan fundamentele kennis, maar ook omdat de regelgeving van de EU voor chemische stoffen en voor proefdiergebruik steeds strenger wordt. Proefdieren gebruiken voor het ontwikkelen van cosmetica mag bijvoorbeeld zeer binnenkort niet meer.

Leidse onderzoekers
Naast Bob van de Water en Leon Mullenders zijn de wetenschappers in Leiden die de wetenschap gaan coördineren dr. Erik Danen, dr. John Meerman en dr. Leo Price binnen het LACDR, en dr. Harry Vrieling en prof.dr. Harry van Steeg binnen het LUMC.

NTC-partners
Het NTC wordt gevormd door de volgende kennisinstellingen: Universiteit Maastricht (UM), LUMC, Universiteit Leiden, Erasmus MC, Wageningen Universiteit Research Centre, RIVM, TNO en RIKILT. De UM is penvoerder van het NTC. Het NTC valt onder de paraplu van het Netherlands Genomics Initiative (NGI), dat op Prinsjesdag 271 miljoen euro voor zijn diverse initiatieven kreeg toegekend. 25 Miljoen daarvan is nu toegekend aan het NTC.

Uitschakeling van het p53 eiwit (onderste rij) remt de apoptose die veroorzaakt wordt door het antikankermiddel cisplatina. Preventieve zelfmoord Sommige chemicaliën veroorzaken schade aan het DNA. Als die niet meer te repareren valt pleegt een cel zelfmoord. Dat heet apoptose. Dit gebeurt na een hele cascade van signaleringsroutes. Zo worden cellen opgeruimd met fouten in het DNA die tot kanker kunnen leiden. De onderzoekers kunnen met microscopische technieken deze respons op DNA-schade nauwkeurig volgen in de tijd. Ze kleuren daartoe een molecuul groen dat alleen bij apoptose buiten op de cel zit. Zo zien ze of een cel tot zelfmoord overgaat. Door kleine stukjes RNA (siRNA) uit te schakelen leren ze welke signaaleiwitten een functie hebben in dit proces van apoptose. Dit gaat inmiddels geautomatiseerd. In hoog tempo worden grote hoeveelheden siRNA naast elkaar geanalyseerd. De combinatie van studie van genexpressie en van signaleringsroutes moet een beeld geven van de exacte responsprocessen van de cel op DNA-schade. Lees meer

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(23 oktober 2007/HP)